JP2563248B2 - Knock sensor - Google Patents

Knock sensor

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JP2563248B2 JP60112414A JP11241485A JP2563248B2 JP 2563248 B2 JP2563248 B2 JP 2563248B2 JP 60112414 A JP60112414 A JP 60112414A JP 11241485 A JP11241485 A JP 11241485A JP 2563248 B2 JP2563248 B2 JP 2563248B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はエンジンのノッキングの有無を判定し点火時
期制御を行うノックコントロールシステム用のノックセ
ンサに関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a knock sensor for a knock control system that determines whether or not an engine knocks and controls ignition timing.

ノックコントロールシステムとは、エンジンブロック
の振動を検出し、その振動波形よりノッキングの有無を
判定し、点火時期制御を行い、燃費を改善するシステム
である。
The knock control system is a system that detects the vibration of the engine block, determines the presence or absence of knocking from the vibration waveform, controls the ignition timing, and improves fuel economy.

本発明はこのようなノックコントロールシステムにお
ける振動ピックアップとして用いるノックセンサに関す
るものである。
The present invention relates to a knock sensor used as a vibration pickup in such a knock control system.

従来の技術 第9図は従来のノックセンサを示している。以下にこ
の従来例の構成について説明する。第9図においては、
1は一端が開口した筐体であり、この筐体1の外周面は
ボルトのように6面を有する。2は筐体1の下部に一体
に形成されたネジ部であり、このネジ部2がエンジンの
ネジ穴に螺合される。3は導電性の基板であり、この基
板3の一端には複数の凸部4が形成され、また基板3の
他端の中央には円錐台形状の突起5が形成されている。
6は基板3および突起5を貫通するように形成された孔
である。7は金属性の振動板であり、この振動板7の中
心には孔が形成されている。この振動板7は上記基板3
の突起5の先端に溶接されている。8は圧電セラミック
であり、この圧電セラミック8の中央には孔が形成され
ている。この圧電セラミック8は上記振動板7に接着さ
れている。9は絶縁体からなるコネクタユニットであ
り、このコネクタユニット9は円筒部10と基板部11とか
らなり、基板部11の下面には、上記基板3の凸部4が嵌
合する凹部12が形成されている。13はコネクタユニット
9内に固定されたターミナルであり、このターミナル13
の一端より下方に延びたリード部14は基板3、振動板
7、圧電セラミック8の孔を貫通している。15は基板
3、振動板7、圧電セラミック8の孔に充填された絶縁
材である。16は金属箔であり、この金属箔16の中央を貫
通したリード部14とこの金属箔16とは半田付けされる。
また、金属箔16の外周部は圧電セラミック8に形成され
た銀電極に半田付けされる。17はOリング、18は環状の
規制板である。
Prior Art FIG. 9 shows a conventional knock sensor. The configuration of this conventional example will be described below. In FIG. 9,
Reference numeral 1 denotes a housing having one end opened, and the outer peripheral surface of the housing 1 has six surfaces like bolts. Reference numeral 2 denotes a screw portion integrally formed in the lower portion of the housing 1, and the screw portion 2 is screwed into a screw hole of the engine. A conductive substrate 3 has a plurality of protrusions 4 formed at one end of the substrate 3, and a truncated cone-shaped protrusion 5 formed at the center of the other end of the substrate 3.
Reference numeral 6 is a hole formed so as to penetrate the substrate 3 and the protrusion 5. Reference numeral 7 is a metallic diaphragm, and a hole is formed at the center of the diaphragm 7. This vibrating plate 7 is the substrate 3
Is welded to the tip of the projection 5. Reference numeral 8 is a piezoelectric ceramic, and a hole is formed in the center of the piezoelectric ceramic 8. The piezoelectric ceramic 8 is adhered to the diaphragm 7. Reference numeral 9 denotes a connector unit made of an insulating material. The connector unit 9 is composed of a cylindrical portion 10 and a substrate portion 11, and a concave portion 12 into which the convex portion 4 of the substrate 3 is fitted is formed on the lower surface of the substrate portion 11. Has been done. 13 is a terminal fixed in the connector unit 9, and this terminal 13
The lead portion 14 that extends downward from one end of the plate penetrates the holes of the substrate 3, the vibration plate 7, and the piezoelectric ceramic 8. Reference numeral 15 is an insulating material filled in the holes of the substrate 3, the diaphragm 7, and the piezoelectric ceramic 8. Reference numeral 16 denotes a metal foil, and the lead portion 14 penetrating the center of the metal foil 16 and the metal foil 16 are soldered.
Further, the outer peripheral portion of the metal foil 16 is soldered to the silver electrode formed on the piezoelectric ceramic 8. Reference numeral 17 is an O-ring, and 18 is an annular restriction plate.

第9図において、エンジン振動はネジ部2、筐体1に
まず伝えられ、さらに基板3、振動板7の固定部に伝え
られる。そこで、振動板7、圧電セラミック8の厚さ、
径、材料、及び固定部の径等によって決定される共振周
波数において、振動板7と圧電セラミック8は最も大き
くたわみ、出力電圧は第10図に示す周波数特性を有す
る。さらに、第10図における3dBダウンの帯域幅は負荷
として並列に接続される電気抵抗R(R≒1/ω0C0ω
=2πf0f0:共振周波数、C0:圧電セラミックの容量)に
よって大きくできる。
In FIG. 9, engine vibration is first transmitted to the screw portion 2 and the housing 1, and further transmitted to the fixed portion of the substrate 3 and the diaphragm 7. Therefore, the thickness of the diaphragm 7 and the piezoelectric ceramic 8
At the resonance frequency determined by the diameter, the material, the diameter of the fixed portion, etc., the diaphragm 7 and the piezoelectric ceramic 8 have the largest deflection, and the output voltage has the frequency characteristic shown in FIG. Further, the bandwidth of 3 dB down in FIG. 10 has an electric resistance R (R≈1 / ω 0 C 0 ω 0
= 2πf 0 f 0 : resonance frequency, C 0 : capacitance of piezoelectric ceramic).

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記従来例においては、エンジンから
の振動伝達経路が、エンジン→筐体1→基板3→振動板
7→圧電セラミック8と長く、この振動伝達経路でエン
ジンの振動が減衰する欠点があった。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention However, in the above-described conventional example, the vibration transmission path from the engine is long, that is, engine → case 1 → substrate 3 → vibration plate 7 → piezoelectric ceramic 8. There was a drawback that the vibration was attenuated.

本発明は、上記従来の欠点を除去するものであり、振
動伝達経路を短くし、振動の減衰を少なくするととも
に、組立時における電気的接続を容易にすることを目的
とするものである。
The present invention eliminates the above-mentioned conventional drawbacks, and an object of the present invention is to shorten the vibration transmission path, reduce the vibration damping, and facilitate the electrical connection during assembly.

問題点を解決するための手段 本発明は、上記目的を達成するために、筐体側に振動
板、圧電セラミックを支持するとともに、この圧電セラ
ミックの一方の電極とコネクタ側のターミナルとの電気
的接続を圧電セラミックに接続されたコネクタ部材で行
うことを特徴とするものである。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention supports a vibration plate and a piezoelectric ceramic on the housing side, and electrically connects one electrode of this piezoelectric ceramic and a terminal on the connector side. Is performed by a connector member connected to the piezoelectric ceramic.

作用 本発明は、上記構成であり、エンジンの振動が、筐体
→振動板、圧電セラミックに伝達するため、振動伝達経
路が短くなり、振動減衰が少なくなり、また、ターミナ
ルと圧電セラミックの一方の電極との接続が、ターミナ
ルのリード部をコネクタ部材に挿入することにより、容
易に得られる。
Action The present invention has the above-described configuration, and since the vibration of the engine is transmitted from the casing to the diaphragm and the piezoelectric ceramic, the vibration transmission path is shortened and the vibration damping is reduced. The connection with the electrode can be easily obtained by inserting the lead portion of the terminal into the connector member.

実施例 以下に本発明の一実施例について図面とともに説明す
る。まず、基台ブロックの構成について説明する。第1
図〜第5図において、20はネジ部21が一体に形成された
導電性の基台であり、この基台20の上面中央には、円錐
台形状の突起22が一体に形成されている。23は基台20の
上面中央に形成された孔であり、この孔23内に絶縁材か
らなるスリーブ24が挿入されている。25は第3図A、B
にも示すように、中央に突部25aが形成された金属製の
振動板であり、この振動板25の突部25aには孔25bが形成
されている。この振動板25の突部25aは基台20の突起22
に溶接により固定される。26は振動板25の片面に接着さ
れた圧電セラミック、27は基台20の上面に形成された環
状溝内に収納されたOリングである。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the structure of the base block will be described. First
In FIGS. 5 to 5, reference numeral 20 denotes a conductive base in which a screw portion 21 is integrally formed, and a truncated cone-shaped projection 22 is integrally formed in the center of the upper surface of the base 20. Reference numeral 23 is a hole formed in the center of the upper surface of the base 20, and a sleeve 24 made of an insulating material is inserted into the hole 23. 25 is A and B in FIG.
As also shown, the diaphragm is made of metal having a protrusion 25a formed in the center thereof, and a hole 25b is formed in the protrusion 25a of the diaphragm 25. The protrusion 25 a of this diaphragm 25 is the protrusion 22 of the base 20.
Fixed by welding. Reference numeral 26 is a piezoelectric ceramic bonded to one surface of the diaphragm 25, and 27 is an O-ring housed in an annular groove formed on the upper surface of the base 20.

次にコネクタブロックの構成について説明する。28
は、絶縁材よりなるコネクタユニットであり、このコネ
クタユニット28の内部中央にはターミナル29が固定され
ている。30はコネクタユニット28の下部の径大部の外周
に固定された金属製のリング、31はコネクタユニット28
の孔32内に収納された抵抗器であり、この抵抗器31の一
方のリード線31aは上記ターミナル29のリード部29aにス
ポット溶接により接続され、他方のリード線31bはリン
グ30にスポット溶接により固定される。33はターミナル
29の下方への突出部の根元部に充填されたシール材、34
は抵抗器31が収納された孔32内に充填された防水用のシ
ール材、35は円筒状のコネクタ部材であり、このコネク
タ部材35は端子部材36に支持されている。端子部材36の
端部は圧電セラミック26の一方の電極に半田付けされて
いる。上記コネクタ部材35は、端子部材36を介して圧電
セラミック35に動き得る状態に支持される。37はコネク
タユニット28の上部外周に形成された溝に収容されたO
リングである。
Next, the structure of the connector block will be described. 28
Is a connector unit made of an insulating material, and a terminal 29 is fixed to the center of the inside of the connector unit 28. 30 is a metal ring fixed to the outer periphery of the large diameter part of the lower part of the connector unit 28, 31 is the connector unit 28
Of the resistor 31, one lead wire 31a of the resistor 31 is connected to the lead portion 29a of the terminal 29 by spot welding, and the other lead wire 31b is spot welded to the ring 30. Fixed. 33 is the terminal
Sealing material filling the root of the downward protrusion of 29, 34
Is a waterproof sealing material filled in the hole 32 in which the resistor 31 is housed, 35 is a cylindrical connector member, and the connector member 35 is supported by the terminal member 36. The end of the terminal member 36 is soldered to one electrode of the piezoelectric ceramic 26. The connector member 35 is movably supported by the piezoelectric ceramic 35 via the terminal member 36. 37 is an O accommodated in a groove formed on the upper outer periphery of the connector unit 28
It is a ring.

上記基台ブロック、コネクタブロックを別々に組立て
ておき、コネクタブロックの下端面を基台ブロックの上
面に接触させた状態で、リング30と基台20とを全周リン
グプロジェクション溶接により一体化して完成する。こ
の完成状態においては、ターミナル29のリード部29aは
コネクタ部材35に挿入され、圧電セラミック26の一方の
電極とターミナル29とが、端子部材36、コネクタ部材35
を介して電気的に導通する。
The base block and the connector block are separately assembled, and the ring 30 and the base 20 are integrated by the entire circumference ring projection welding in a state where the lower end surface of the connector block is in contact with the upper surface of the base block. To do. In this completed state, the lead portion 29a of the terminal 29 is inserted into the connector member 35, and one electrode of the piezoelectric ceramic 26 and the terminal 29 are connected to the terminal member 36 and the connector member 35.
Electrically connected through.

上記ノックセンサの基台20のネジ部21は、エンジンブ
ロックのネジ穴に螺合される。圧電セラミック26の一方
の電極は、振動板25、基台20、エンジンブロックを介し
てアースに接続され、圧電セラミック26の他方の電極は
端子部材36、コネクタ部材35、リード部29a、ターミナ
ル29、コネクタ38を介して、ノッキングコントローラに
接続される。また抵抗器31の一方のリード線31bはリン
グ30、基台20、エンジンブロックを介してアースに接続
され、他方のリード線31aはターミナル29に接続され
る。
The screw portion 21 of the knock sensor base 20 is screwed into the screw hole of the engine block. One electrode of the piezoelectric ceramic 26 is connected to the ground via the diaphragm 25, the base 20, and the engine block, and the other electrode of the piezoelectric ceramic 26 is a terminal member 36, a connector member 35, a lead portion 29a, a terminal 29, It is connected to the knocking controller via the connector 38. Further, one lead wire 31b of the resistor 31 is connected to the ground through the ring 30, the base 20, and the engine block, and the other lead wire 31a is connected to the terminal 29.

第5図は上記ノックセンサとノッキングコントローラ
との電気的接続関係を示している。抵抗器31は圧電セラ
ミック26に並列に接続され、またノッキングコントロー
ラ側においては、信号線とアースとの間に抵抗器39と直
流電源40とが直列に接続されている。
FIG. 5 shows the electrical connection relationship between the knock sensor and the knocking controller. The resistor 31 is connected in parallel to the piezoelectric ceramic 26, and on the knocking controller side, the resistor 39 and the DC power supply 40 are connected in series between the signal line and the ground.

エンジンの振動は、基台20を介して振動板25、圧電セ
ラミック26に伝わり、圧電セラミック26が振動し、この
圧電セラミック26より、振動に応じた電気信号が発生
し、この電気信号がノッキングコントローラに入力され
る。
The vibration of the engine is transmitted to the diaphragm 25 and the piezoelectric ceramic 26 via the base 20, and the piezoelectric ceramic 26 vibrates. An electric signal corresponding to the vibration is generated from the piezoelectric ceramic 26, and this electric signal is knocking controller. Entered in.

第5図において、ノックセンサ内蔵の抵抗器31の抵抗
値とノッキングコントローラ側の抵抗器39との抵抗値と
が6.8kΩで、かつ直流電源40の電圧を5Vとすると、通
常、抵抗器39の両端a,bには2〜3V程度の電圧が生じる
が、断線、ショート等が生じている場合、抵抗器39の端
子間に2〜3Vの電圧が生じない。このように、抵抗器39
の端子間の電圧を監視することにより、断線等が検知で
きる。従来例のように抵抗器31が内蔵されていない場合
には、エンジンの回転数が例えば1,500r.p.m以上に到達
し、ノッキングコントローラが作動しないと、断線等の
検知ができなかったが、上記実施例によれば、常時断線
等が検知できる。
In FIG. 5, assuming that the resistance value of the resistor 31 with a built-in knock sensor and the resistance value of the resistor 39 on the knocking controller side are 6.8 kΩ and the voltage of the DC power supply 40 is 5 V, the resistance of the resistor 39 is usually Although a voltage of about 2 to 3 V is generated at both ends a and b, a voltage of 2 to 3 V is not generated between the terminals of the resistor 39 when a disconnection or a short circuit occurs. Thus, the resistor 39
By monitoring the voltage between the terminals, disconnection etc. can be detected. When the resistor 31 is not built in as in the conventional example, the engine speed reaches, for example, 1,500 rpm or more, and the knocking controller does not operate, it was not possible to detect disconnection, etc. According to the method, disconnection or the like can be constantly detected.

なお、特に断線検知等を必要としない場合には、第8
図に示すように、コネクタユニット28の孔32内にシール
材41を充填して使用することができる。
If the disconnection detection is not required, the
As shown in the drawing, the sealing material 41 can be used by filling the hole 32 of the connector unit 28.

第6図A、Bおよび第7図A、Bは本発明の他の実施
例における振動板を示している。第6図A、Bに示す振
動板42は、環状の突条(ビード)43が形成されていると
ともに、中心に孔44が形成されている。また第7図A、
Bに示す振動板45は、平板状の円板の中心に孔46が形成
されている。上記実施例におけるコネクタ部材35とし
て、絶縁筒体内に導電性接触片が内蔵されたソケット状
のコネクタ部材を用いてもよい。このソケット状のコネ
クタ部材を用いる場合、スリーブ24を省略してもよい。
6A, B and 7A, B show a diaphragm according to another embodiment of the present invention. The diaphragm 42 shown in FIGS. 6A and 6B has a ring-shaped ridge (bead) 43 and a hole 44 formed at the center. Also in FIG. 7A,
The diaphragm 45 shown in B has a hole 46 formed at the center of a flat disk. As the connector member 35 in the above-mentioned embodiment, a socket-shaped connector member in which a conductive contact piece is built in an insulating cylinder may be used. When using this socket-shaped connector member, the sleeve 24 may be omitted.

発明の効果 本発明によれば、振動板、圧電セラミックが基台に取
付けられているため、エンジンブロックからの振動伝達
経路が短くなり、ノッキング時の特徴周波数を直接的に
ピックアップできる。また、基台ブロックとコネクタブ
ロックとを一体化する際に、ターミナルのリード部と圧
電セラミックとがコネクタ部材、端子部材を介して接続
されるため、特にターミナルと圧電セラミックとの接続
作業を必要としない利点を有する。また、ターミナルと
圧電セラミックとの接続部がフレキシビリティーを持っ
ているため、温度、振動等の外部環境変化に対しても安
定に動作する利点を有する。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, since the vibration plate and the piezoelectric ceramic are attached to the base, the vibration transmission path from the engine block is shortened, and the characteristic frequency at the time of knocking can be directly picked up. Further, when the base block and the connector block are integrated, the lead portion of the terminal and the piezoelectric ceramic are connected via the connector member and the terminal member, so that the work of connecting the terminal and the piezoelectric ceramic is particularly required. Not have the advantage. In addition, since the connecting portion between the terminal and the piezoelectric ceramic has flexibility, it has an advantage that it can operate stably against changes in the external environment such as temperature and vibration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例におけるノックセンサの断面
図、第2図は同ノックセンサの分解断面図、第3図A、
Bは同ノックセンサの振動板の平面図および側断面図、
第4図は同ノックセンサの側面図、第5図は同ノックセ
ンサとノッキングコントローラとの接続関係を示す図、
第6図A、Bは本発明の他の実施例の振動板の平面図お
よび側断面図、第7図A、Bはさらに他の実施例の振動
板の平面図および側断面図、第8図は他の実施例の断面
図、第9図は従来のノックセンサの断面図、第10図は同
ノックセンサの特性図である。 20……基台、21……ネジ部、22……突起、23……孔、24
……スリーブ、25……振動板、26……圧電セラミック、
27……Oリング、28……コネクタユニット、29……ター
ミナル、30……リング、31……抵抗器、32……孔、33…
…シール材、34……シール材、35……コネクタ部材、36
……端子部材、37……Oリング、39……抵抗器、40……
直流電源。
FIG. 1 is a sectional view of a knock sensor in one embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded sectional view of the knock sensor, FIG. 3A,
B is a plan view and a side sectional view of the diaphragm of the knock sensor,
FIG. 4 is a side view of the knock sensor, and FIG. 5 is a view showing a connection relationship between the knock sensor and the knock controller.
6A and 6B are a plan view and a side sectional view of a diaphragm according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 7A and 7B are a plan view and a side sectional view of a diaphragm according to still another embodiment. FIG. 9 is a sectional view of another embodiment, FIG. 9 is a sectional view of a conventional knock sensor, and FIG. 10 is a characteristic diagram of the same knock sensor. 20 …… base, 21 …… screw part, 22 …… projection, 23 …… hole, 24
...... Sleeve, 25 ...... vibration plate, 26 ...... piezoelectric ceramic,
27 ... O-ring, 28 ... connector unit, 29 ... terminal, 30 ... ring, 31 ... resistor, 32 ... hole, 33 ...
… Seal material, 34 …… Seal material, 35 …… Connector member, 36
...... Terminal member, 37 ...... O ring, 39 ...... Resistor, 40 ......
DC power supply.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】突起を有する基台と、中央部が上記突起に
固定された振動板と、この振動板の片面に設けられた圧
電セラミックと、この圧電セラミックの一方の電極に接
続された端子部材と、この端子部材に接続されたコネク
タ部材とで基台ブロックを構成し、ターミナルを有する
コネクタユニットと、このコネクタユニットの一端に設
けられたリングとでコネクタブロックを構成し、上記基
台に上記リングを固定して、上記基台ブロックとコネク
タブロックを一体化するとともに、上記ターミナルの一
端を上記コネクタ部材に挿入してなるノックセンサ
1. A base having a protrusion, a diaphragm whose central portion is fixed to the protrusion, a piezoelectric ceramic provided on one side of the diaphragm, and a terminal connected to one electrode of the piezoelectric ceramic. A member and a connector member connected to the terminal member to form a base block, and a connector unit having a terminal and a ring provided at one end of the connector unit to form a connector block. A knock sensor in which the ring is fixed, the base block and the connector block are integrated, and one end of the terminal is inserted into the connector member.
【請求項2】コネクタユニットに形成された孔内に抵抗
器が収納されているとともに、上記抵抗器の一方のリー
ド線がターミナルに接続され、他方のリード線がリング
に接続されたコネクタブロックを使用してなる特許請求
の範囲第1項記載のノックセンサ。
2. A connector block in which a resistor is housed in a hole formed in a connector unit, and one lead wire of the resistor is connected to a terminal and the other lead wire is connected to a ring. The knock sensor according to claim 1, which is used.
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